La modlisation et lvaluation 3D du cartilage arthritique

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La modélisation et lévaluation 3D du cartilage
arthritique 

• Méthodes par ordinateur
• Luke Windisch
• PLU6049
• 22 avril 2004

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Le problème

• Suivre les changements de lépaisseur et du
  volume du cartilage dans les articulations
• Diagnostiquer ou identifier les maladies comme
  larthrite du genou
• Évaluer lefficacité des traitements
  (pharmaceutique ou chirurgical)
• Exigence
• Une méthode qui peut mesurer lépaisseur et le
  volume pour le comparer dans le temps.

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Lapproche courante

• Joint Space Width/Narrowing (JSW)
• Approche radiographique
• Trouver la distance minimum entre deux os
• Problèmes avec JSW
• Une seule mesure est utilisée pour estimer
  lépaisseur global de larticulation
• Aucune information sur le volume

?
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Solution Modèles en 3D

• Utiliser des données 3D des images MR
• Exigences dun modèle 3D
• Une méthode de segmentation du cartilage
• Quantification de lépaisseur et du volume du
  cartilage
• Capacité à enregistrer deux modèles du même
  patient Études prospectives
• Faible variation des résultats pour le même
  observateur et entre deux observateurs

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1ère exigence Segmentation

• Exemple Une approche semi-automatique en
  utilisant les contours actifs
• Lutilisateur défini une estimation de la
  segmentation
• Cette estimation est déformée selon un critère
  dénergie minimum
• Le segmentation finale est utilisée pour
  lestimation initiale dans la prochaine
  tranche/image

Kauffmann et al 1
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2è exigence Quantification

• À partir des images de résonance magnétique après
  la segmentation
• Construire le modèle 3D en utilisant
  linterpolation entre chaque tranche

z
z
y
y
x
x
Raynauld et al 2
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2è exigence Quantification

• Lépaisseur est donc mesurée à partir du modèle
  3D selon le processus suivant
• Pour chaque pointe sur la surface des os trouver
  le vecteur normal
• Lépaisseur est la longueur du vecteur entre los
  et le surface synovial du cartilage
• Voir Kauffmann et al 1 ou Kshirsagar et al 3

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2è exigence Quantification

• Il est plus utile davoir le volume des sous
  régions anatomiques plutôt que le volume globale
• Kauffman et Raynauld 1, 2
• Sous régions fixes
• Kshirsagar 3
• Sous régions définies
• par lutilisateur

Raynauld et al 2
Kauffmann et al 1
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3e exigence Recalage

• À partir des images de résonance magnétique
• Trouver la frontière entre los et le cartilage
• Los ne change pas beaucoup dans le temps
• Cette frontière fournit une référence avec
  laquelle on peut recaler les modèles du même
  patient pour une étude prospective

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Résultats Méthodes
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Résultats Quantification et Recalage
CDV Coefficient de variation
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Résultats Variation par Utilisateur
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Conclusion

• Modèles en 3D présentent un outil efficace pour
  la quantification de lépaisseur et du volume du
  cartilage
• Précis avec faible variation entre utilisateurs
• Il est possible disoler les sous régions
  anatomiques ayant une importance cliniquement
  élevée
• Potentiel important pour suivre la dégradation du
  volume du cartilage
• Amélioration des interventions thérapeutiques et
  des études cliniques

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Références

• Kauffmann C, Gravel P, Godbout B, Gravel A,
  Beaudoin G, Raynauld JP, Martel-Pelletier J,
  Pelletier JP, de Guise JA. Computer-aided method
  for quantification of cartilage thickness and
  volume changes using MRI validation study using
  a synthetic model, IEEE Transactions on
  Biomedical Engineering, 50(8), pp 978-988, 2003.
• J. P. Raynauld, C. Kauffmann, G. Beaudoin, M. J.
  Berthiaume, J. A. de Guise, D. A. Bloch, F.
  Camacho, B. Godbout, R. D. Altman, M. Hochberg,
  J. M. Meyer, G. Cline, J. P. Pelletier, and J.
  Martel-Pelletier, Reliability of a new
  quantification imaging system using magnetic
  resonance images to measure cartilage thickness
  and volume in human normal and osteoarthritic
  knees, Osteoarthritis Cartilage, 11, pp.
  351-360, 2002.
• Kshirsagar AA, Watson PJ, Tyler JA, Hall LD,
  Measurement of localized cartilage volume and
  thickness of human knee joints by computer
  analysis of three-dimensional magnetic resonance
  images, Investigative Radiology, 33, pp.289299,
  1998.

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2è exigence Quantification

• Kauffmann et al 1 ont introduit une méthode
  standard pour la représentation de la géométrie
• Une surface (comme un plan ou un cylindre)
  sadapte au modèle 3D en utilisant un processus
  moindres carrés
• Toutes mesures sont prises selon cette surface

Tibia
Femur